PLC 控制柜（變頻柜）基本結(jié)構(gòu)

本質(zhì)上，作為工控領(lǐng)域的專用計算機，可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller-plc）的硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機是基本相同，基本結(jié)構(gòu)如下:

一、電源

電源在整個系統(tǒng)中起著非常重要的作用。沒有良好可靠的供電系統(tǒng)，就無法正常工作。因此，大部分的制造商都非常重視電源的設(shè)計和制造。一般情況下，交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，所以PLC可以直接接入交流電網(wǎng)，無需采取其他措施。

二、處理器(CPU)

中央處理器(CPU)是plc的控制中心。根據(jù)plc系統(tǒng)程序給出的功能，接收并存儲編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、內(nèi)存、I/O和警報定時器的狀態(tài)，并診斷用戶程序中的語法錯誤。plc投入運行時，首先通過掃描接收現(xiàn)場各輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存儲在I/O圖像區(qū)。然后，它從用戶程序存儲器中逐個讀取用戶程序。解釋完命令后，根據(jù)指令進行邏輯或算術(shù)運算的結(jié)果被發(fā)送到I/O圖像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，I/O圖像區(qū)的每個輸出狀態(tài)或輸出寄存器中的數(shù)據(jù)最終被傳送到相應(yīng)的輸出設(shè)備，并重復(fù)該操作直到操作停止。

為了進一步提高plc的可靠性，近年來，大規(guī)模plc采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或稱三CPU表決系統(tǒng)。這樣，即使一個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍然可以正常運行。

三、存儲

存儲系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

存儲應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

四、輸入輸出接口電路

1.現(xiàn)場輸入接口電路由光耦電路和微機輸入接口電路組成，作為plc和現(xiàn)場控制器之間接口的輸入通道。

2.現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、門電路和中斷請求電路集成而成，功能plc通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。

五、功能

如計數(shù)、定位等功能模塊。

六、通信

工作原理:

plc投入運行時，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。上述三個階段的完成稱為一個掃描周期。在整個運行期間，plc的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

1.輸入采樣級

在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存儲在I/O圖像區(qū)的相應(yīng)單元中。輸入采樣后，進入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映射區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會發(fā)生變化。因此，如果輸入是脈沖信號，脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，以確保在任何情況下都可以讀取輸入。

2.用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是從上到下掃描用戶程序(梯形圖)。掃描每個梯形圖時，總是先掃描梯形圖左側(cè)觸點組成的控制電路，按照先左后右、先上后下的順序?qū)τ|點組成的控制電路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果刷新系統(tǒng)ram存儲區(qū)中邏輯線圈對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新I/O圖像區(qū)中輸出線圈對應(yīng)位的狀態(tài)；或者是否執(zhí)行梯形圖中指定的特殊功能指令。

即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有I/O映像區(qū)中輸入點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而I/O映像區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)中其他輸出點和軟設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)可能會發(fā)生變化，頂層梯形圖的程序執(zhí)行結(jié)果會在底層使用這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖中發(fā)揮作用；相反，在底部的梯形圖中，邏輯線圈的刷新狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能在下一個掃描周期作用于它上面的程序。

在程序執(zhí)行過程中，如果使用立即I/O指令，可以直接訪問I/O點。也就是說，如果使用I/O指令，輸入進程映像寄存器的值不會更新，程序會直接從I/O模塊取值，輸出進程映像寄存器會立即更新，這和立即輸入有些不同。

3.輸出刷新階段

掃描用戶程序后，plc進入輸出刷新階段。在此期間，CPU根據(jù)I/O鏡像區(qū)中相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，然后通過輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時才是plc的真正輸出。